Между молекулите действат сили на взаимодействие, които определят прехода между агрегатните състояния. Те не могат да се обяснят със закона на Нютон, защото масите на молекулите са много малки. Силите между полярни и неполярни молекули се наричат Вандерваалсови сили.
Сили между молекулите
Както при атомите съществуват сили на взаимодействие, които водят до образуване на молекули, така и между молекулите съществуват сили на взаимодействие, които определят преминаването на едно агрегатно състояние в друго - асоциацията, солватацията на молекулите, адгезията, кохезията и прочие. Да се отъждествят тези сили с взаимодействието между маси по закона на Нютон е невъзможно, тъй като масите на молекулите са много малки.
Възможни взаимодействия между молекулите са между ясно очертани електрични заряди, между полярни и неполярни молекули.
Кулонови сили
Относително най-просто взаимодействие е това между електрични заредени частички. Това са кулоновите сили. Те са двупосочни - на привличане между противоположни заряди и на отблъскване между едноименни заряди. Това взаимодействие е доста голямо.
- Взаимодействие между полярни и неполярни молекули. Ако се постави неполярна молекула, при която двата заряда (+и -) са в една точка на пространството, в електрично поле под влияние на последното ще се извърши процес на известно отместване, преразпределение на положителните и отрицателните заряди натехния общ "център на тежестта". Положително заредените ядра ще се изместят в посока на отрицателния електрод, а отрицателният заряд ще се измести в посока на отрицателния електрод - това са впрочем електроните. Очевидно от неполярната молекула ще се получи един дипол и ще протече известна деформация на неполярната молекула. Понеже е получен под влияние на електричното поле, той се означава като индуциран дипол. Ако се отстрани електричното поле, последният отпада и молекулата се превръща отново в неполярна. Като се има предвид изложеното, ясна е картината на взаимодействие между неполярни и полярни молекули. Последните като "носители" на електрични полета предизвикват в неполярните молекули индуцирани диполи, които взаимодействат електростатично с постоянните диполи на полярните молекули. Силите на взаимодействие са главно индукционни.
- Взаимодействие между полярни молекули. Ако се включи полярна молекула, която отнапред представлява дипол, в електрично поле първо ще протече процес на ориентация на молекулата в полето - разноименните заряди на полето на полярната молекула ще се подредят на възможно най-близко разстояние. Наред с ориентацията ще протече и процес на деформация, изразяван в увеличение на първоначалния диполен момент на полярната молекула. По този начин поляризацията на полярната молекула ще се изгради от две слагаеми - ориентацията и деформацията. Като се има предвид казаното, става ясна картината на взаимодействие между полярните молекули. Между тях протича процес на ориентация, обусловен от електростатично привличане и освен това взаимна деформация, въз основа на която върху съществуващите диполи се наслагат индуцирани диполи. Последните са източник на така наречените индукционни сили, които имат свой дял в привличането на полярните молекули.
- Взаимодействие между неполярни молекули. От дотук изложеното за неполярните молекули следва да се приеме, че техният диполен момент е равен на нула и следователно те не биха си взаимодействали Но фактът, че и благородните газове с най-типични неполярни молекули се втечняват, говори, че и между неполярните молекули съществуват сили на взаимодействие. Природата им можа да се установи, когато се проучиха по-основно вътрешноатомните сложни движения (Лондон, 1930). Установи се по безспорен начин, че и атомното ядро в центъра на атома не е "замръзнало" - то осцилира. Въз основа на тези изучавания се подчерта, че неполярната молекула представлява сложна тридимензиална подвижна система от непрекъснато движещи се електрични заряди, които водят до отклонения от "средната електрична плътност" в една или друга посока на пространството - диполи с малък диполен момент, които мигновено се явяват и мигновено изчезват. Очевидно тази флуктуация във вътрешноатомните движения води до "асиметричност" в разположеннието на електричните заряди в неполярната молекула - до слабоизразено електростатично взаимодействие между неполярните молекули. Породените в случая сили е означават като дисперсионни сили. Те са универсални и съществуват между всички молекули в много малък процент.
Вандерваалсови сили
Силите на взаимодействие между полярни и неполярни молекули се обединяват в общото название Вандерваалсови сили (на името на холандския учен Ван дер Ваалс). Те имат следните по-характерни черти:
- Общо взето са слаби сили, въпреки че иимат подобно на химичните сили "електричен" произход и действат на относително по-голямо разстояние отколкото химичните сили.
- Предимно са сили на привличане, но при много малки разстояния се проявяват и сили на отблъскване.
- С увеличение на молекулната маса общо взето те се увеличават.
- Силите между молекулите определят преминаването от едно агрегатно състояние в друго.
- Кулоновите сили са на привличане и отблъскване между заряди.
- В електрично поле неполярната молекула става индуциран дипол.
- Вандерваалсовите сили са слаби и растат с молекулната маса.
Често задавани въпроси
Защо силите между молекулите не са гравитационни?
Защото масите на молекулите са много малки, затова не могат да се обяснят със закона на Нютон.
Какво е индуциран дипол?
Дипол, който се получава в неполярна молекула под действието на електрично поле и изчезва, когато полето се отстрани.
Какви са особеностите на Вандерваалсовите сили?
Те са слаби, предимно на привличане и действат на по-голямо разстояние от химичните сили. С увеличаване на молекулната маса общо взето растат.